C语言和内存结合漫谈

逃离我推掉我的手 2022-06-06 09:22 150阅读 0赞

内存管理最终是操作系统完成的。  
操作系统提供多种机制来让我们应用程序使用内存。  
程序在操作系统处登记这块内存的临时使用权限。（别人不能使用），然后使用内存，释放内存(向操作系统归还这块内存的使用权限)  
C语言获取内存的三种情况：栈，堆，数据区（.data），代码段，bss段

栈的详解：  
局部变量int a  
运行时自动分配，自动回收，程序员不需要手工干预。  
反复使用：栈内存在程序中就是一块空间，程序反复使用这一块空间(大约4KB空间)，  
一个函数中定义的变量会在栈中分配，当结束的时候栈指针会移动回原来的位置(这个指针是操作系统操控的)  
脏内存：脏数据，不用了以后只是变更栈指针  
临时性：函数不能返回栈变量的指针，因为这个指针指向的地址中的值很有可能会改变。‘  
栈会溢出：因为操作系统已经给定了栈的大小。  
栈溢出代码  
void stack\_overflow(void)  
\{  
int a\[10000000\] = \{0\};  
\}  
迭代  
void stack\_overflow(void)  
\{  
int a = 2;  
stack\_overflow();  
\}

堆内存：  
操作系统堆管理器管理：  
堆管理器是操作系统的一个模块，堆管理分配方式灵活。  
例如：有500M堆内存，有50个线程，然后用450M作为公用堆内存，50M平均分给50个线程，每1M作为线程私有栈。  
总的来说450为堆内存，1M为栈内存。

堆程序需要手动申请和释放：需要程序员写代码申请（malloc）和释放(free)  
脏内存：跟栈一样  
临时性：堆内存只在malloc和free之前属于我这个进程。  
void \* malloc(size)(malloc方法)  
void \*其实就是返回堆管理器分配给我本次申请的那段内存空间的首地址。  
然后此时我们使用(int \*)去解释这个首地址往后的内存解释，解释是4字节的int型分块。  
void类型不是表示空类型，而是任意类型，万能类型，当前不确定的类型，在需要的时候再去指定类型。

void main()  
\{  
//需要一个1000个int类型元素的数组  
int *p = (int* )malloc(1000\*4);  
//检验是否成功  
if(NULL==p)  
\{  
printf(“error”);  
\}  
//使用申请到的内存  
p = NULL;  
p = &a;(这两种是SB行为，会丢失你已经开辟的空间，找不回来了)  
//正确使用  
\*（p+0） = 1;  
\*(p+1) = 2;  
//释放内存  
free(p);  
//其实free以后依旧可以使用\*（p+0） = 1;，但最好不要，因为free以后，堆管理器会分配其它进程用  
\}

代码段，数据段，bss段  
（1）编译器在编译程序的时候，将程序中的所有元素分成一一些组成部分，各部分构成一个段，是可执行程序的组成部分。  
（2）代码段.code：程序中的可执行部分，直观的说就是函数堆叠组成的，还有常量。  
（3）数据段.data（数据区或者静态区，静态数据区）：数据段就是程序中的数据，直观理解就是C语言程序中的全局变量，int,数组等等，还有静态的局部变量（static）（其它局部变量不算，算栈上的）。  
（4）bss段（又叫ZI段(zero initial)）:bss本质也是属于数据段，区别在于bss段就是被初始化为0的数据段（int b;int b=0;）。  
全局的int array\[1000\]（在数据段）和malloc开辟实现的有区别（在堆）。

特殊例子：  
char\* p = “linux”  
\*(p+0) = ‘g’//并不能改变，因为其实是const char \*p=”linux”,“linux”被放在了代码段。

const型常量：C语言中的const关键字用来定义常量，不能更改，const实现方法：  
1.把const常量放到代码段。  
2.由编译器来检查，const不被修改，然后放在数据段。（gcc就是这么实现的）

3种获取内存的方法：  
相同点：  
1.都可以提供内存，都可以用来定义变量给程序用。  
不同点：  
1.栈对应C中的普通局部变量，别的变量想用栈还用不了（比如全局变量就不行），自动的提供服务的，无法操控栈。  
2.堆完全是独立于程序存在和管理，程序需要内存时可以手工去申请malloc，使用完后释放。  
3.数据段，还是操作系统来分配的，对于程序来说是对应C语言的中的全局变量和静态局部变量。  
堆内存和数据段拥有几乎完全相同的属性，大部分时候是可以替换的，但生命周期不一样。  
堆内存生命周期malloc到free,全局程序的生命周期

数组的元素访问和指针的访问虽然有差别，但其实本质是一样的，都是使用指针来实现的。  
s.a = 12 //编译器内部 int *p = s;* (p+0) = 12

结构体为什么要内存对齐：  
1.内存本身是物理器件（DDR内存芯片，Soc上的DDR控制器），每次CPU读取4字节只需要一次ldr操作,而如果  
读取一个字节，同样需要先读取4字节，然后再读取其中的一个字节。所有就直接读取4个字节然后再后续拼接，截取效率更高。  
2.还有很多别的因素，什么cache缓存，MMU，LCD都需要内存对齐。

编译器可以设置内存对齐的规则。  
1.32位编译器使用4字节的对齐方式。  
struct student  
\{ //1字节对齐 4字节对齐（刚好8字节，4的整数倍）  
int a; //4 4  
char b; //1 2（1的整数倍）  
short c; //2 2  
\}  
1.首先 结构体student必须是4的整数倍(你设置的对齐字节)  
2.结构体中的每个元素本身都必须对齐存放，而每个元素本书都有自己的对齐规则（比如char可以对齐1，2，3，4，都是1整数倍）。  
3.编译器考虑结构体存放时，以满足以上2点要求最少内存需要的排布来算。